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东方红一号卫星

东方红一号卫星,是中国发射的第一颗人造地球卫星,由以钱学森为首任院长的中国空间技术研究院自行研制,于1970年4月24日21时35分发射。该卫星发射成功标志着中国成为继苏联美国法国日本之后世界上第五个用自制火箭发射国产卫星的国家。

卫星设计的工作寿命20天,至1970年5月14日停止发射信号,与地面失去了联系。由于东方红一号卫星的近地点高度较高,因此东方红一号卫星至今仍在轨道上。

1957年10月4日,世界上第一个人造地球卫星由苏联发射成功 [2] 。随后美国、法国、日本相继发射人造卫星。

1958年5月17日,毛泽东在中国共产党第八次全国代表大会第二次会议提出: “苏联人造卫星上天,我们也要搞人造卫星,我们也要搞一点,要搞就搞得大一点。”

1964年,中国相继成功发射了第一枚弹道式导弹、爆炸了第一颗原子弹。一系列进展为发展人造卫星奠定了基础,卫星计划被重新提上议事日程 [3]

1965年1月8日,钱学森建议中国暂停研制的人造地球卫星应该重新上马并列入国家任务,并得到了聂荣臻副总理的赞同。同年5月,周恩来总理指示中国科学院拿出第1颗人造卫星的具体方案。负责卫星总体组的钱骥带领年轻的科技工作者很快便拿出了初步方案。该方案由钱骥等直接向周恩来总理作了汇报。 [4]

1965年7月,在周恩来总理主持的中央专委会议上原则批 准了中国科学院《关于发展中国人造卫星工作规划方案建议》,确定将人造卫星研制列为国家尖端技术发展的一项重大任务,还确定整个卫星工程由国防科委负责组织协调,卫星本体和地面检测系统由中国科学院负责,运载火箭由七机部负责,卫星发射场由国防科委试验基地负责建设。因为是1965年1月份正式提出建议(即钱学森的建议时间),国家就将人造地球卫星工程的代号定名为“651”任务。这样,中国的人造地球卫星事业从多年的学术和技术准备,转入有计划、有步骤地开展工程研制的时期 [3-4]

1965年9月,在中国运载火箭技术取得一定进展的情况下,中国科学院开始组建了由赵九章任院长、代号叫“651”的卫星设计院(公开名称为“科学仪器设计院”),并把中国第1颗卫星命名为东方红一号。从此,中国人造地球卫星研制工作正式开始。

1965年10月20日至11月30日,召开了中国第1颗人造地球卫星总体方案论证会,最后确定东方红一号卫星属于科学探测性质。东方红一号的发射时间定在1970年,成功的标志,即第1颗人造地球卫星的总体要求是:“上得去,抓得住,听得到,看得见”。所谓“上得去”就是首先要保证卫星飞上天;“抓得住”就是卫星上天以后地面设备能对卫星实施测控;“听得到”就是卫星要播送音乐,且可被地面接收和听到;“看得见”就是卫星在轨飞行时能让地面上的人用肉眼直接看得见,以便鼓舞人心。

1967年初,中央正式确定中国第1颗人造地球卫星播送《东方红》乐曲,以便让全世界人民都能听到中国卫星的声音。 [4]

1967年底,中央最后审定了中国第1颗人造地球卫星的方案,规定该卫星不小于150千克(最终确定为173千克),用长征一号运载火箭发射,并正式命名为东方红一号。该卫星上天后要“上得去、抓得住、测得准、看得见、听得到”。为此,后来想了不少办法,攻克了不少技术难关。 [4]

1970年4月1日,装载着2颗东方红一号卫星和1枚长征一号运载火箭的专列抵达中国酒泉卫星发射场。4月2日下午,周恩来在人民大会堂听取即将发射的中国第1颗人造卫星及其运载火箭情况的汇报。4月24日凌晨,毛泽东主席批准实施发射。

1970年4月24日21时35分,中国第1颗人造地球卫星东方红一号在长征一号运载火箭从甘肃酒泉卫星发射场发射,21时48分进入预定轨道。 [4]

因为化学电池寿命有限,所以东方红一号设计的工作寿命只有20天,但它实际在太空中工作了28天,至同年5月14日停止发射信号,与地面失去了联系。在运行期间,卫星把遥测参数和各种太空探测资料传回地面。

由于东方红一号卫星的近地点高度较高,因此东方红一号卫星至今仍在轨道上。观测表明,到2009年2月,东方红一号还运行在近地点430千米、远地点2075千米的轨道上。

东方红一号卫星直径只有1米,为了使地面“看得见”,技术人员把卫星外形设计成由72面体组成的一个球体,目的之一是使卫星在轨运行时能闪光,因为该卫星是采用自旋稳定方式稳定,所以当它转起来以后,由于角度不同,就会产生一闪一闪的效果,这样在地面就比较容易观测。但研究表明,由于卫星太小,即使这样,在天气不好时仍看不见卫星,因为实际上卫星本体的亮度只有六等星左右。所以,技术人员集思广益又想出一个新办法:把第3级固体火箭的“外衣”由锥形的“裙”变成球状的“体”,通过第3级固体火箭的旋转运动和观察体结构自身的伸展运动,最终成为4米直径的球台。换句话说就是,为了在地球上用肉眼看见卫星,在末级火箭上加上“观测裙”,使末级火箭的亮度提高为23等星,从而便于人们观看。

具体做法是:

做一个布的大气球(或叫“围裙”)把第3级火箭包上,发射的时候先不把它放开,等上天以后再吹大,让它能撑开涨到3米或者更大一点;同时,这个布气球外头也镀上铝,大面积反射太阳光,那样的话视觉效果就比1米大得多,大大提高了观测亮度,因而就能看见了。不过用肉眼看到的是气球,或称带着“围裙”的末级火箭,而不是卫星本身。气球起引导作用,看见气球之后,由于第3级火箭是跟卫星一块入轨的,与卫星一前一后,速度轨道差不多,前后距离并不远,所以在其附近很容易就找到东方红一号卫星了。在东方红一号上天后,遵照周恩来总理的要求,中国对东方红一号卫星飞经各国首都上空的时间进行了预报,以便各国观测,因而在当时引起许多国家的强烈反响。 [4]

东方红一号卫星的上天,使中国成为继苏联、美国、法国和日本之后,第5个完全依靠自己的力量成功发射卫星的国家。该星不仅全部达到了设计要求,而且质量比前4个国家发射的第1颗卫星质量总和还要超出29.8千克(美国的第1颗卫星只有8.2千克)。同时,在卫星的跟踪手段、信号传输形式和星上温控系统等技术领域,也都超过了上述国家第1颗卫星的水平。由于能源系统的保证,东方红一号卫星上的各种科学仪器实际工作时间远远超过了设计额定要求,取得了大量的工程遥测参数,为后来的卫星设计和研制工作提供了重要依据。 [4]

该卫星外形为近拟球体的72面体,直径约1米,质量为173千克,采用自旋姿态稳定方式,转速为120转/分,利用太阳角计和红外地平仪测定姿态。

东方红一号采用近拟球体的72面体设计外形主要有以下考虑:

一是可使卫星有较大的结构利用空间;二是在平面上粘贴太阳电池片比在曲面上粘贴更方便可靠;三是由于卫星采用自旋稳定方式,即卫星自旋轴相对于太阳的取向是不断变化的,在72面球体上粘贴太阳电池片可便于太阳电池片在不同径向的面上适当地均匀布设,使任何时刻太阳电池的总输出变化很小,这对整星能源系统的设计很有利(虽然后来因卫星任务和技术方案有所变化,东方红一号上最终未粘贴太阳电池片,而采用所携带的银锌电池供电,但结构设计未改动。另外,在与东方红一号相同外形的中国第2颗人造卫星实践一号上成功地使用了这一设计方案,寿命超过8年);四是采用球形设计,可使卫星飞行时的弹道截面基本不变,所以不用在星上安装探测仪器,就能用卫星的测轨跟踪数据反演推算卫星飞经高度的大气密度值及其变化,从而多得到一些科学数据。 [6]

对于如何产生《东方红》乐音,曾提出过几种方案,经比较决定,采用可靠性高、工作寿命长、消耗功率小、乐音悦耳嘹亮的电子音乐。对于如何发送《东方红》乐音,也曾提出过3种方案,最后经研究决定,采用1台发射机交替发送《东方红》乐音。

不过,要让普通收音机直接收听到东方红一号卫星播发的《东方红》乐音,需在卫星上安装大功率发射机,但那将使卫星的重量超过1吨,这对于当时中国火箭的运载能力来说是不可行的。为此,采用先由大型地面站接收,再通过广播电台转播的办法来实现。所以,在卫星发射上去后,全国人民听到的《东方红》乐音都是经广播电台转播的卫星信号。设计人员曾打算在东方红一号卫星上镶满毛泽东像章,但后来在周恩来总理的指示下,为了减轻卫星质量这些像章没有一起升空。

由于当时正处于“文化大革命”的动乱中,播送《东方红》乐音不仅是科研任务,也成了责任重大的政治任务。如果卫星上天后,乐音变调或不响,则无疑是重大的政治问题,研制者有可能被抓起来坐牢。在沉重的思想负担和精神压力下,卫星总体组组长何正华和乐音装置的主要设计者刘承熙冒着政治风险,开始了他们技术上的探索,解决了乐音错乱和乐音变调等一系列问题。《东方红》乐音最后采用电子线路产生模拟铝板琴声奏出。乐音装置的第一批正样产品是1968年上半年在重庆一家工厂生产的,由于当时生产秩序极不正常,产品中许多元件出现虚焊现象。最后上天的产品是由上海科学仪器厂重新生产的。

为了满足东方红一号卫星研制要求,技术人员依靠自己的力量采用了铆接阳极化电抛光、光亮铝件大面积镀金、铝件热处理等多项新工艺,并进行了不少刀具设备的革新,为完成东方红一号卫星任务提供了物资保证。

例如,在进行卫星蒙皮阳极化电抛光工序时,没有房子就在露天下进行;没有容器就铸造了三个大铝槽,在雪地里挖个坑,把铝槽架在上面用木柴烧。就是在这样的条件下,开展了阳极化电抛光试验。经过了两个月时间、上百次试验,终于使蒙皮的辐射率和吸收率达到了规定的技术指标。 [7]

东方红一号的具体任务是测量卫星本身的工作参数;探测空间环境参数;为中国奠定卫星轨道测量和无线电遥测技术基础。为了实现上述目标和达到这些要求,经专家们多次论证,最后确定东方红一号由结构、温控、能源、《东方红》乐音装置和短波遥测、跟踪、天线、姿态测量7个分系统组成。

卫星上的仪器舱装有电源、测轨用的雷达应答机、雷达信标机、遥测装置、电子乐音发声器和发射机、科学试验仪器等。 [7]

(表格资料来源: [7]

(表格资料来源: [8]

“东方红一号”卫星的发射成功使中国成为世界上继苏联、美 国、法国和日本之后第五个完全依靠自己的力量成功发射人造卫星的国家。遗憾的是由于第二级火箭控制系统的程序配电器中途发生故障 [9] ,发射失败了。中国发射卫星先于日本几个月,只有眼睁睁看着日本不紧不慢地发射成功了。虽然它比苏联发射第一颗人造卫星“斯普特尼克一号”晚了13年,但是它的质量超过了前四个国家第一颗卫星质量的总和。从此中国正式加入了“太空俱乐部”时代。

东方红一号卫星,反映着当时中国的经济、科技、社会和军事能力发展水平,是国家综合国力的重要标志,是影响国际关系格局的重要因素,是促进经济和科技进步的重要手段,对于增强民族自豪感和凝聚力具有重要作用。东方红一号卫星上天,在许多国家引起了强烈反响,国外纷纷发表评论指出,这颗卫星发射成功,“体现了中国一直在依靠自己的力量为人类的幸福和进步进行宇宙开发”,“表明中国的科学技术和工业进步达到新高度”,“是中国科学技术和工艺方面取得的突出成就”,“中国掌握了先进火箭技术和制造出大型火箭的技能”。

东方红一号卫星是全国各族人民在中国共产党领导下艰苦奋斗的结晶,是中国工人阶级、解放军、知识分子的杰出贡献。之所以能在较短时间内取得如此辉煌的成就,主要归功于党中央和老一辈无产阶级革命家,毛泽东、周恩来、邓小平、叶剑英、李先念、聂荣臻等老一辈无产阶级革命家和世间的局势,对卫星事业自始至终都倾注了大量的心血。“严肃认真,一丝不苟,稳妥可靠,万无一失”等指示,已成为航天科技工作者的座右铭。

东方红一号卫星文化是“两弹一星”精神和航天精神的体现。在东方红一号卫星的研制过程中,中国依靠自己的力量,全国大协作,建立起了一个比较完善和健全的航天科学技术研究、设计、试验、制造及质量保障和管理体系,锻炼和造就了一支又红又专、技术水平高、能打硬仗、善于攻关、专业配套、老中青相结合的航天技术队伍。历史会记住钱学森赵九章郭永怀钱骥陈芳允杨嘉墀王大珩王希季任新民孙家栋等“两弹一星”元勋对中国第一颗人造卫星的杰出贡献。 [10]

东方红一号卫星,在跟踪手段、信号传输形式和星上温控系统等 技术方面,均超过了苏美等国首颗卫星的水平 [3]

东方红一号卫星的成功发射是中国航天史上的一座丰碑,同时也积累了非常宝贵的经验:中国的社会主义制度具有集中力量办大事的优势;航天事业的发展可以带动了中国科技水平的整体跃升;切合实际制定科学合理的方案能使我们的努力能够成功;不等条件,创造条件,立足自己,自主创新,一定能开辟高科技的新天地。

发射人造地球卫星是一项非常复杂的系统工程,它包括研制运载火箭、建设发射场、研制卫星本体和卫星所携带的科学仪器、建立地面观测网等,其每一部分都是高新技术的综合应用和集智创新。东方红一号卫星就是在攻克了结构系统、热控系统和能源系统、乐音装置及短波遥测系统、跟踪系统、天线系统和科学探测系统等一系列技术难关的基础上研制成功的。从1965年卫星工程研制任务列入国家计划并明确争取在1970年左右发射之后,中国在成功地研制了东方红一号卫星、长征一号火箭的同时,还于1970年建成了酒泉卫星发射中心和测控网。

第1颗卫星成功升空运行的实践证明,这些系统技术性能可靠,不仅出色地完成了当时预定的任务,而且为中国航天事业后来的发展奠定了扎实的基础和提供了宝贵的经验。所以,它的发射成功,在中国航天史上具有划时代的意义。 [11]

2005年4月21日,中国空间技术研究院召集了曾参加设计、研制、生产和管理的航天科技人员,在“东方红一号”卫星诞生地北京卫星制造厂为纪念碑揭幕,制造厂为配合神舟五号载人飞船成功发射周年纪念,亦制作了“东方红一号”卫星的1:1模型,在北京天文馆展出,是一件十分具有价值的模型。 [13]

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